ในช่วงไม่กี่ปีที่ผ่านมาการ“ ลดน้ำหนักและประหยัดพลังงาน” ของรถยนต์กลายเป็นแนวโน้มหลักในการพัฒนาอุตสาหกรรมรถยนต์จากการศึกษาพบว่าน้ำหนักของรถยนต์ทั้งคันสามารถลดลงได้ 10% และประหยัดน้ำมันได้ เพิ่มขึ้น 6% -8% สำหรับรถยนต์ทุก ๆ 100 กิโลกรัมการสิ้นเปลืองน้ำมัน 100 กิโลเมตรจะลดลง 0.3-0.6L และการปล่อย CO2 จะลดลงประมาณ 5 ก. / กม. และการออกแบบรถยนต์งานฝีมือและวัสดุเป็นเครื่องมือสำคัญในการทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเบา

Audi ใช้วัสดุหลายชนิดร่วมกันและ Q7 ลดน้ำหนักได้ถึง 300 กก

การใช้วัสดุคอมโพสิตเสริมคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อทดแทนโครงสร้างตัวรถเดิมในปัจจุบันเป็นวิธีสำคัญในการทำให้มีน้ำหนักเบา ตัวอย่างเช่นรถแนวคิดองค์ประกอบที่หกของลัมโบร์กีนีใช้ตัวเชื่อมต่อคาร์บอนไฟเบอร์เพื่อแทนที่ข้อต่อเหล็กซึ่งช่วยลดน้ำหนักได้ 40% -50% โครงสร้างตัวถังน้ำหนักเบาอันชาญฉลาดของคาร์บอนไฟเบอร์เหล็กและอะลูมิเนียมที่ได้รับการผลิตจำนวนมากเป็นครั้งแรกใน BMW 7 Series ใหม่ถือได้ว่าเป็นการก้าวกระโดดทางเทคโนโลยีในการออกแบบและผลิตผลิตภัณฑ์ยานยนต์

เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2014 กระทรวงเกษตรของสหรัฐอเมริกา (USDA) และสถาบันนาโนเทคโนโลยีแห่งชาติ (NNI) ได้จัดงานสัมมนาเกี่ยวกับการใช้วัสดุนาโนเซลลูโลสในเชิงพาณิชย์ในวอชิงตันดีซี การใช้งานเชิงพาณิชย์ของ CNF ที่กล่าวถึงในงานสัมมนารวมถึงสาขาต่างๆเช่นชิ้นส่วนรถยนต์การใช้งานด้านอวกาศผลิตภัณฑ์อิเล็กทรอนิกส์เครื่องสำอางและอาหาร

ในเดือนธันวาคม 2559 Denso, Toyota Boshoku และ Kyoto University จะส่งเสริมการพัฒนาชิ้นส่วนรถยนต์โดยใช้ CNF ที่ได้จากพืชผ่านโครงการ "NCV (Nano Cellulose Vehicle) ของกระทรวงสิ่งแวดล้อมญี่ปุ่น โครงการนี้มีกำหนดเพื่อตรวจสอบขอบเขตที่สามารถใช้ CNF ในชิ้นส่วนรถยนต์เพื่อปรับปรุงประสิทธิภาพการใช้เชื้อเพลิงภายในปี 2020 มี บริษัท และสถาบันวิจัย 20 แห่ง (มหาวิทยาลัยโตเกียว, มหาวิทยาลัยเกียวโต, เดนโซ, โตโยต้าโบโชกุ, ไดเกียวนิชิกาวะ ฯลฯ ) เข้าร่วม

โครงการ NCV บรรลุเป้าหมายในการลดน้ำหนักของรถยนต์ผ่านการพัฒนาชิ้นส่วนรถยนต์โดยใช้เรซินเสริมแรง CNF นอกจากนี้ยังส่งเสริมการใช้เรซินเสริมแรง CNF และ CNF ในสาขาอื่น ๆ เช่นเครื่องใช้ภายในบ้านและเครื่องจักรอุตสาหกรรม กระทรวงสิ่งแวดล้อมของญี่ปุ่นจะลงทุนทั้งหมดประมาณ 12 พันล้านเยนในโครงการ NCV ภายในปี 2020 ในแง่ของการใช้งานเฉพาะคาดว่าจะลงทุนในการประเมินประสิทธิภาพของเรซินเสริมแรง CNF การพัฒนาเพื่อลดต้นทุนของกระบวนการผลิตและการพัฒนาวิธีการรีไซเคิลเรซินเสริมแรง CNF

รัฐบาลญี่ปุ่นยังได้กล่าวไว้อย่างชัดเจนใน "ยุทธศาสตร์การฟื้นฟูประเทศญี่ปุ่นฉบับปรับปรุงปี 2015" ว่าจะส่งเสริมการกำหนดมาตรฐานสากลและการใช้ประโยชน์วัสดุของ CNF เพื่อสร้างระบบการเชื่อมโยงทั่วประเทศ "Nanocellulose Symposium" ได้รับการจัดตั้งขึ้นภายใต้สถาบันวิจัยเทคโนโลยีอุตสาหกรรมซึ่งเป็นองค์กรบริหารอิสระ (ประธานคือฮิโรยูกิยาโนะศาสตราจารย์แห่งมหาวิทยาลัยเกียวโต) รัฐบาลญี่ปุ่นตั้งเป้าหมายในการลดต้นทุนการผลิตเป็น 300 เยนภายในปี 2573 และวางแผนที่จะสร้างตลาดหนึ่งล้านล้านเยน

ในขณะที่ผู้ผลิตรถยนต์รายใหญ่โดยเฉพาะผู้ผลิตในจีนยังคงติดตามเทคโนโลยีการผลิตวัสดุคาร์บอนไฟเบอร์สถาบันวิจัยและ บริษัท ในต่างประเทศต่างให้ความสำคัญกับเส้นใยพืชดังกล่าวถึงกับเรียกวัสดุใหม่ว่า "ยุคหลังคาร์บอนไฟเบอร์" ไฟเบอร์นี้มีคุณสมบัติพิเศษอะไรบ้าง?

เส้นใยเซลลูโลสที่ประกอบเป็นเส้นใยเซลลูโลสเป็นโมเลกุลเซลลูโลส 30-40 โมเลกุลในโครงสร้างโซ่ขยายคล้ายมัดมีความกว้างประมาณ 4 นาโนเมตรละเอียดเป็นพิเศษและมีความเป็นผลึกมากกว่า 70% เป็นเส้นใยนาโนที่ไม่สามารถ ผลิตขึ้นเอง โดยทั่วไปแล้วเส้นใยนี้และเส้นใยละเอียดประกอบด้วยเส้นใยที่รวมกันหลาย ๆ เส้นถึงหลายสิบเส้นจะเรียกว่า CNF

1) วิธีเชิงกล:โดยทั่วไปเป็นวิธีการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงดันสูงกล่าวคือเส้นใยเซลลูโลสจะถูกบดโดยการปล่อยพลังงานความดันและการเคลื่อนที่ด้วยความเร็วสูงในเครื่องทำโฮโมจีไนเซอร์แรงดันสูงเพื่อให้ได้นาโนเซลลูโลส อย่างไรก็ตามวิธีการทำให้เป็นเนื้อเดียวกันด้วยแรงดันสูงมีแนวโน้มที่จะเกิดปัญหาเช่นการอุดตันของเครื่องทำให้เป็นเนื้อเดียวกันดังนั้นจึงมีวิธีการทางกลทางเคมีที่ได้รับการปรับปรุง ขั้นแรกให้ใช้วิธีการย่อยสลายทางเคมีเพื่อปรับสภาพเส้นใยอย่างเหมาะสมสำหรับการย่อยสลายออกซิเดชั่น (ตัวอย่างเช่นใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา 2,2,6,6, tetramethylpiperidine-1-oxide นั่นคือ TEMPO - ตัวกลางออกซิเดชั่น) จากนั้นใช้แรงดันสูง homogenizer ดำเนินการรักษาให้เป็นเนื้อเดียวกัน การใช้ TEMPO - การออกซิเดชั่นของตัวกลางสามารถทำให้เกิดไมโครไฟเบอร์ได้อย่างง่ายดายและมีการใช้กันอย่างแพร่หลายเพื่อเร่งการบำบัดเชิงกลของเส้นใยเซลลูโลสเพื่อลดการใช้พลังงานในการเตรียมนาโนเซลลูโลส

2) การไฮโดรไลซิสของเอนไซม์:การไฮโดรไลซิสของเอนไซม์เป็นการไฮโดรไลซิสของเอนไซม์ที่เลือกของเซลลูโลสอสัณฐานกับเซลลูโลสและส่วนที่เหลือคือผลึกเซลลูโลส เอนไซม์ไฮโดรไลซิสมีเงื่อนไขในกระบวนการเตรียมที่ไม่รุนแรงและมีความจำเพาะที่ชัดเจนและเอนไซม์รีเอเจนต์และเซลลูเลสที่ใช้เป็นทรัพยากรหมุนเวียนดังนั้นการไฮโดรไลซิสด้วยเอนไซม์จึงกลายเป็นประเด็นร้อนสำหรับการวิจัยในอนาคต

3) วิธีการทางชีวภาพ: วิธีการทางชีวภาพคือการเตรียมเซลลูโลสโดยการสังเคราะห์ด้วยจุลินทรีย์ เซลลูโลสนี้มักเรียกว่าเซลลูโลสของแบคทีเรียและคุณสมบัติทางกายภาพและทางเคมีคล้ายกับเซลลูโลสตามธรรมชาติ ข้อดีของการเตรียมทางชีวภาพคือการใช้พลังงานต่ำไม่มีมลพิษโครงสร้างที่ปรับได้รูปแบบคริสตัลและการกระจายขนาดอนุภาคง่ายต่อการตระหนักถึงอุตสาหกรรมและการค้า อย่างไรก็ตามกระบวนการเตรียมแบคทีเรียเซลลูโลสมีความซับซ้อนใช้เวลานานต้นทุนสูงราคาแพงและให้ผลผลิตต่ำ

1) ด้วยขนาดนาโนเมตรและโครงสร้างเครือข่าย:

TEMPO ออกซิไดซ์ CNF, carboxymethylated (CMized) CNF และภาพ SEM ของผง CNF แห้ง

2) สกัดจากทรัพยากรพืชหมุนเวียนย่อยสลายได้ทางชีวภาพ

เส้นใยธรรมชาติทั้งหนักและปานกลางในธรรมชาติสามารถเป็นแหล่งที่มาของ CNF ได้ แต่ปัจจุบันวัตถุดิบที่ใช้มากที่สุดและเป็นผู้ใหญ่ที่สุดคือไม้

ชิปคอมพิวเตอร์ที่ทำจากเยื่อนาโนไฟเบอร์เซลลูโลสถูกวางไว้ในกองไม้หลังจากผ่านไป 3 สัปดาห์จะถูกย่อยสลายภายใต้การกระทำของเชื้อรา (ที่มาของภาพ: Jung-Hun Seo, University of Wisconsin-Madison)

3) น้ำหนักเพียง 1/5 ของเหล็ก แต่ความแข็งแรงมากกว่า 5 เท่า:

ตารางที่ 1 การเปรียบเทียบประสิทธิภาพระหว่าง CNF และวัสดุทั่วไป

จากการเปรียบเทียบพบว่าความแข็งแรงและโมดูลัสจำเพาะของ CNF นั้นสูงกว่าอลูมิเนียมและสแตนเลสมาก แต่ความถ่วงจำเพาะมีเพียงหนึ่งในห้าของเหล็ก เมื่อเทียบกับคาร์บอนไฟเบอร์และท่อนาโนคาร์บอนแล้วความแข็งจะใกล้เคียงกับคาร์บอนไฟเบอร์ แต่มีขนาดใกล้เคียงกับท่อนาโนคาร์บอนซึ่งคล้ายกับวัสดุที่อยู่ระหว่างกันมากกว่า แต่ต้นทุนต่ำกว่ามาก

4) ความเป็นผลึกสูงความต้านทานความร้อนค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวทางความร้อนเชิงขั้ว (2.7ppm / k) เทียบได้กับแก้วควอทซ์

1) ยุโรปเหนือและอเมริกาเหนือเป็นอีกก้าวหนึ่งในการสร้างอุปกรณ์สาธิต

เป็นเวลานานแล้วที่ยุโรปเหนือและอเมริกาเหนือเป็นแนวหน้าในการสร้างอุปกรณ์สาธิต โดยเฉพาะอย่างยิ่งในสวีเดนซึ่งมี Innventia ซึ่งเป็น บริษัท วิจัยและพัฒนากระดาษที่เกี่ยวข้องกับการผลิตกระดาษเป็นหน่วยงานหลักได้ร่วมมือกับ บริษัท การลงทุนเพื่อส่งเสริมการวิจัยเชิงพาณิชย์ของ CNF ในเดือนกุมภาพันธ์ 2554 พวกเขาได้เปิดตัวอุปกรณ์ทดลองเครื่องแรกของโลกสำหรับการผลิต CNF (100 กิโลกรัมต่อวัน)

แคนาดาในอเมริกาเหนือให้ความสำคัญเป็นพิเศษกับกิจกรรมการวิจัยและพัฒนาร่วมแบบไตรภาคีของอุตสาหกรรมรัฐบาลและสถาบันการศึกษาโดยหวังว่าจะตระหนักถึงการใช้งานจริงและเชิงพาณิชย์ของนาโนคริสตัลเซลลูโลส (CNC) ที่ละเอียดกว่า CNF ในเดือนมกราคม 2555 บริษัท ร่วมทุน CelluForce ได้เปิดตัวอุปกรณ์สาธิต CNC เครื่องแรกของโลก (มีกำลังการผลิต 1 ตันต่อวัน) กรมวิชาการเกษตรของสหรัฐอเมริกายังได้สร้างอุปกรณ์ทดลองซีเอ็นซี (มีผลผลิตต่อสัปดาห์ 30 กก.) ในเดือนกรกฎาคม 2555

ในปี 2559 Stora Enso Group ได้ลงทุนจำนวน 9.1 ล้านยูโรเพื่อส่งเสริมการผลิตเซลลูโลสแบบไมโครไฟเบอร์ (MFC) ในเชิงพาณิชย์และเร่งการพัฒนาผลิตภัณฑ์ในโรงงานกระดาษแข็งบรรจุภัณฑ์สามแห่งในฟินแลนด์ IMATra, InGErois และ Fors ประเทศสวีเดน โรงงานเหล่านี้คาดว่าจะเปิดดำเนินการได้ในปลายปี 2560 และจะเปิดให้บริการเต็มรูปแบบภายใน 3 ถึง 5 ปี โครงการลงทุนเหล่านี้จะช่วยเพิ่มผลกำไรของ Stora Enso Group และขยายกลุ่มผลิตภัณฑ์ในปัจจุบันของ บริษัท

French Imerys Group และ Omiya Group (Korea) ประกาศอย่างเป็นทางการในการจัดตั้ง บริษัท ร่วมทุนด้านเทคโนโลยี 50:50 เพื่อเสริมสร้างการวิจัยและพัฒนาไมครอนไฟเบอร์เซลลูโลส (MFC) ในด้านต่างๆและการใช้งาน บริษัท ร่วมทุนได้รวมเทคโนโลยีที่เกี่ยวข้องกับ MFC และ FiberLean ™ของ Omiya ไว้ในแพลตฟอร์มเดียวสำหรับการพัฒนาโดยใช้ชื่อว่าFiberLean® technology และเริ่มดำเนินการในวันที่ 1 พฤษภาคม 2016
2) ญี่ปุ่นเป็นผู้นำในการวิจัยขั้นพื้นฐาน

เส้นใย CNF ในเยื่อกระดาษมีความสามารถในการยึดเกาะที่แข็งแกร่งและต้องการพลังงานจำนวนมากเพื่อให้เกิดการแยกตัวที่สม่ำเสมอ นี่คือคอขวดที่ใหญ่ที่สุดในการทำให้เกิดอุตสาหกรรม แม้ว่าแคนาดาสหรัฐอเมริกาและสวีเดนจะจัดตั้งโรงงานสาธิต แต่ก็ไม่ได้ขยายการผลิตจำนวนมากเนื่องจากต้นทุนการผลิตสูง

มีเทคโนโลยีที่ทำให้เกิดความก้าวหน้าครั้งใหญ่ในการใช้ CNF ในทางปฏิบัติและนั่นคือวิธีการผลิตโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยาที่พัฒนาโดยศาสตราจารย์ Isobeming จากมหาวิทยาลัยโตเกียว เส้นผ่านศูนย์กลางของเยื่อกระดาษทั่วไปประมาณ 20 μmและประกอบด้วย CNF หลายตัว CNF มีความสามารถอย่างมากในการผสานรวมกับ CNF อื่น ๆ อย่างใกล้ชิดและเป็นการยากที่จะแยกทีละรายการ ศาสตราจารย์ Isobei และคนอื่น ๆ ได้ค้นพบว่าตัวเร่งปฏิกิริยาพิเศษที่เรียกว่า TEMPO catalyst มีหน้าที่ย่อยสลายเส้นใย หลักการคือการเติมตัวเร่งปฏิกิริยา TEMPO และสารอื่น ๆ ลงในเยื่อกระดาษที่วางไว้ในน้ำและปล่อยให้มันทำปฏิกิริยาเป็นเวลา 2 ชั่วโมง หลังจากกวนแล้วพื้นผิวของ CNF จะถูกเรียกเก็บเงิน พื้นผิวของแต่ละ CNF จะมีอิเล็กตรอนที่เป็นลบและขับไล่ซึ่งกันและกันเมื่อแรงผลักดันสูงกว่าแรงยึดเหนี่ยว CNF สามารถแยกออกได้สำเร็จ ด้วยวิธีนี้ CNF ที่สม่ำเสมอและละเอียดมากที่มีเส้นผ่านศูนย์กลาง 4 นาโนเมตรจะถูกกระจายไปในน้ำ หลังจากผ่านไปประมาณ 2 ชั่วโมงเมื่อเยื่อกระดาษถูกย่อยสลายเป็น CNF อย่างสมบูรณ์จะรวมตัวกันเป็นของเหลวใสคอลลอยด์และกลายเป็นสารช่วยกระจาย CNF แม้ว่าราคาของตัวเร่งปฏิกิริยา TEMPO จะสูงถึงกิโลกรัมละหลายหมื่นเยน แต่ปริมาณที่เพิ่มขึ้นนั้นเป็นเพียงประมาณ 1% ของเส้นใยเยื่อกระดาษซึ่งมีผลเพียงเล็กน้อยต่อต้นทุนทั้งหมด ตัวเร่งปฏิกิริยาที่มีฟังก์ชันเดียวกันและต้นทุนต่ำกว่ากำลังอยู่ในขั้นตอนการวิจัย บริษัท ที่พัฒนาร่วมกับศาสตราจารย์ Isogai ได้แก่ Nippon Paper, Kao และ Toppan Printing Nippon Paper จะเริ่มทดลองผลิต CNF จำนวนมากโดยใช้ตัวเร่งปฏิกิริยา TEMPO ที่สำนักงาน Iwakuni ในเมือง Iwakuni จังหวัด Yamaguchi ประเทศญี่ปุ่นโดยเริ่มในเดือนตุลาคม 2556 มีกำหนดวางจำหน่ายก่อนปี 2558

ว่ากันว่าหากใช้วิธีการบำบัดทางเคมีนี้ปริมาณไฟฟ้าที่ต้องใช้ในการทำให้เกิดนาโนเมตรจะอยู่ที่ 1/60 ถึง 1/300 ในอดีต

การค้นพบของศาสตราจารย์ Isobe ได้รับการยอมรับและได้รับรางวัล Anselm Payne Award จาก American Chemical Society ในเดือนมีนาคม 2015 (รางวัลนี้ก่อตั้งขึ้นเพื่อระลึกถึงนักเคมีชาวฝรั่งเศสผู้ค้นพบเซลลูโลส) ในเดือนกันยายนปีเดียวกันเขาได้รับรางวัล Marcus Wallenberg Prize ของสวีเดนหรือที่เรียกว่า "Forest Nobel Prize" และกลายเป็นผู้ชนะคนแรกในเอเชีย

ศาสตราจารย์อิโซเบมิงมหาวิทยาลัยโตเกียวสถานทูตสวีเดนในโตเกียวเมื่อวันที่ 10 มีนาคม 2559

3) บริษัท ผลิตกระดาษเป็นผู้นำในการเร่งกระบวนการปฏิบัติจริง

บริษัท กระดาษที่กำลังดิ้นรนกับความต้องการกระดาษที่ลดลงปัจจุบันมีส่วนร่วมอย่างแข็งขันในการวิจัยและพัฒนาของ CNF และสารเคมีที่ใช้งานได้จริง Nippon Paper ซึ่งเป็น บริษัท ที่ใหญ่เป็นอันดับสองในอุตสาหกรรมได้เปิดตัวโรงงานผลิตสาธิต (ซึ่งมีผลผลิตต่อปีมากกว่า 30 ตัน) โดยใช้การบำบัดด้วยปฏิกิริยาออกซิเดชันของตัวเร่งปฏิกิริยา TEMPO ที่โรงงาน Iwakuni ในเดือนตุลาคม 2556 นี่เป็นอุปกรณ์ชิ้นแรกในญี่ปุ่นที่ผลิต CNF ผ่านการบำบัดทางเคมี การทำงานปกติของอุปกรณ์ทำให้สามารถจัดหา CNF ได้อย่างเสถียรดังนั้นจึงเร่งการประยุกต์ใช้และการพัฒนา CNF รวมถึงวัสดุเสริมแรงที่เพิ่มความแข็งแรงของเรซินซึ่งสามารถใช้เป็นสารเพิ่มความข้นเพื่อเพิ่มความหนืดของของเหลวเช่นอาหารเครื่องสำอาง และยาและวัสดุบรรจุภัณฑ์ที่มีคุณสมบัติกั้นก๊าซสูงรอ บริษัท ประสบความสำเร็จในการนำแผ่นใยที่มีคุณสมบัติในการกำจัดกลิ่นและต้านเชื้อแบคทีเรียมาใช้ในการใช้งานจริงในเดือนตุลาคม 2558 เป็นรายแรกที่จำหน่ายผ้าอ้อมสำเร็จรูปสำหรับผู้ใหญ่ที่ทำจาก CNF ในโลก

แผ่นใสต่อเนื่องทำจาก CNF

Prince Holdings และ Mitsubishi Chemical ผู้นำในอุตสาหกรรมได้ร่วมกันพัฒนาแผ่นต่อเนื่องแบบโปร่งใสซึ่งทำจาก CNF ประมาณ 4 นาโนเมตรในเดือนมีนาคม 2556 เนื่องจากน้ำหนักเบาจึงสามารถพับได้เหมือนกระดาษจึงสามารถใช้ทำจอแสดงผลขนาดใหญ่และแผงโซล่าเซลล์ที่สามารถใช้งานได้ โอจิโฮลดิ้งส์ยังนึกถึงคุณสมบัติความหนืดของ CNF และได้เริ่มทำงานร่วมกับ Nikko Chemicals เพื่อร่วมกันพัฒนาการใช้งานและฟังก์ชั่นใหม่ ๆ ที่ใช้เป็นวัตถุดิบในการผลิตเครื่องสำอาง

ปากกาลูกลื่น Mitsubishi Thixotropic

ในทางกลับกัน Mitsubishi Pencil ได้ขายปากกาลูกลื่นหมึกเจลที่ใช้ CNF เป็นเครื่องทำให้หมึกข้นในญี่ปุ่นตั้งแต่ปลายเดือนพฤษภาคม ผลิตภัณฑ์มี thixotropy เนื่องจากการใช้ CNF นั่นคือ "thixotropy" ช่วยลดความหนืดของหมึกระหว่างการเขียนได้สำเร็จประมาณ 50% เมื่อเทียบกับผลิตภัณฑ์ทั่วไปและจะไม่มีปัญหาการฟอกสีฟันแม้จะเขียนเร็ว ปากกาลูกลื่นนี้ขายครั้งแรกในยุโรปและสหรัฐอเมริกาเมื่อปีที่แล้ว

4) วัสดุคอมโพสิตเสริมแรง CNF

เร็วที่สุดเท่าที่ฤดูใบไม้ร่วงปี 2012 Oji Paper และศาสตราจารย์ Yano Hiroyuki มหาวิทยาลัยเกียวโตและคนอื่น ๆ ได้พัฒนาเรซินใสชนิดใหม่ที่มีปริมาณ CNF เซลลูโลสมากกว่า 10% ในกระบวนการแยกน้ำออกจากเยื่อกระดาษจะมีการเพิ่มวิธีการป้องกันการรวมตัวระหว่างเส้นใยนาโนของเซลลูโลสและเรซินอะคริลิกจะถูกชุบระหว่างเส้นใยเพื่อให้เกิดความโปร่งใส แผ่นใสที่ผลิตด้วยวิธีนี้มีความหนา 100 μmและการส่งผ่านแสง 87.8% ค่าสัมประสิทธิ์ของการขยายตัวทางความร้อนเชิงเส้นที่ 20 ~ 150 ℃คือ 8.30 × 10-6K-1 ค่าสัมประสิทธิ์การขยายตัวเชิงเส้นมีค่าประมาณ 1/3 ของแผ่น PET ซึ่งใกล้เคียงกับแก้ว แผ่นใสชนิดนี้คาดว่าจะใช้เป็นพื้นผิว EL อินทรีย์โปร่งใสพื้นผิวเซลล์แสงอาทิตย์ชนิดฟิล์มบางอินทรีย์กระดาษอิเล็กทรอนิกส์วัสดุหน้าต่างรถยนต์และภาชนะบรรจุภัณฑ์ ศาสตราจารย์ยาโนะฮิโรยูกิได้รับรางวัลฮอนด้าประจำปี 2559 จากการส่งเสริมการวิจัยและพัฒนาเส้นใยนาโนเซลลูโลสที่เป็นวัสดุใหม่และเป็นแนวทางในการประยุกต์ใช้งานวิจัยนี้ในทางปฏิบัติ

ในเดือนสิงหาคม 2015 ในงานแสดงสินค้าพลาสติกครั้งที่ 4 ในญี่ปุ่น Daicel Polymer ได้แสดงวัสดุผสมที่ได้มาจากทรัพยากรพืช 100% วัสดุนี้เป็นส่วนผสมของโพลีเอไมด์ชีวมวล PA1010 และเส้นใยเซลลูโลสความต้านทานแรงดึงสูงกว่า 100MPa โมดูลัสดัดคือ สูงกว่า 5GPa และความต้านทานแรงกระแทกของลำแสงที่รองรับเพียงประมาณ 44kJ / m2 วัสดุคอมโพสิต PP อีกชนิดที่เสริมด้วยเส้นใยเซลลูโลส 30% มีความต้านทานแรงดึงสูงถึง 120MPa โมดูลัส 5.5GPa และความต้านทานแรงกระแทก ลำแสงที่รองรับถึง 50kJ / m2 เส้นใยที่ใช้เป็นเส้นใยเซลลูโลสที่มีความแข็งแรงสูงอัตราส่วนภาพสูงที่พัฒนาโดย Daicel วัสดุคอมโพสิตทั้งสองนี้สามารถแทนที่วัสดุเสริมใยแก้วในชิ้นส่วนโครงสร้างรถยนต์ได้อย่างสมบูรณ์ทำให้รถยนต์มีน้ำหนักเบามากขึ้น

เรซินเสริมเซลลูโลสที่มีความแข็งแรงสูงและมีความแข็งแกร่งสูงซึ่งพัฒนาโดย Daicel Polymer

ตั้งแต่วันที่ 8 ถึง 10 ธันวาคม 2559 งานแสดงสินค้าเกี่ยวกับเทคโนโลยีเส้นใยนาโนเซลลูโลสจัดขึ้นที่ EcoPro ในโตเกียว ชิ้นส่วนยานยนต์ที่ใช้ CNF วัสดุกระดูกเทียมปากกาลูกลื่น ฯลฯ ถูกจัดแสดงที่ Nanocellulose Forum มหาวิทยาลัยเกียวโตแสดงให้เห็นฝาครอบเครื่องยนต์ที่ทำจากโพลีเอไมด์ CNF (PA, 5%) และโฟม 3 เท่า มวลของฝาปิดต่ำถึงประมาณ 600 กรัมในขณะที่มวลของฝากระโปรงแบบดั้งเดิมที่ทำจาก PA เสริมใยแก้ว (เปอร์เซ็นต์มวล: 30%) อยู่ที่ประมาณ 900 กรัม กล่าวอีกนัยหนึ่งการใช้ CNF ช่วยลดน้ำหนักของฝาครอบเครื่องยนต์ได้ประมาณ 30%

วัสดุเสริมแรง CNF ที่พื้นผิวและด้านหลังของฝาครอบเครื่องยนต์

ในเดือนกรกฎาคม 2017 บริษัท Furukawa Electric Co. , Ltd. ได้พัฒนาเทคโนโลยีการผลิตแบบใหม่เพื่อลดต้นทุนการผลิตของวัสดุคอมโพสิตเสริมแรง CNF (เรซินเสริมแรง) ให้เหลือหนึ่งในสิบของต้นทุนปัจจุบัน ก่อนหน้านี้เนื่องจากกระบวนการวิจัยและพัฒนาวัสดุคอมโพสิต CNF ที่ซับซ้อนและยุ่งยากทำให้ต้นทุนการผลิตสูงถึง 90 เหรียญสหรัฐ / กก. และเทคโนโลยีใหม่นี้จะช่วยลดต้นทุนของวัสดุผสม CNF เหลือ 3.5 ดอลลาร์สหรัฐ / กก.

วัสดุถูกเตรียมโดยกระบวนการขั้นตอนเดียวนั่นคือเยื่อกระดาษเรซินและสารเติมแต่งจะถูกใส่เข้าไปในเครื่องอัดรีดด้วยกันโดยใช้เทคโนโลยีการประมวลผลแบบเดียวกับการผลิตสายเคเบิล นอกจากต้นทุนการผลิตที่ต่ำแล้วโดยใช้กระบวนการผลิตนี้ Furukawa Electric ยังสามารถผลิต CNF คอมโพสิตที่มีคุณสมบัติเป็นกาวได้ด้วยการกดที่อุณหภูมิสูงเท่านั้นคอมโพสิต CNF สามารถยึดติดกับโลหะได้โดยไม่ต้องใช้วัสดุอื่นของกาวหรือสกรู

บริษัท วางแผนที่จะนำเทคโนโลยีการผลิตใหม่นี้ไปใช้ในปี 2567 โดยผลิตผลิตภัณฑ์คอมโพสิต CNF จำนวนมากและขายให้กับ บริษัท รถยนต์รายใหญ่โดยมีเป้าหมายเพื่อส่งเสริมการใช้วัสดุนี้ในการตกแต่งภายในรถยนต์ชิ้นส่วนอิเล็กทรอนิกส์และแผงภายนอกยานยนต์ หากสามารถเปลี่ยนวัสดุผสมใยแก้วได้สำเร็จมูลค่าตลาดของผลิตภัณฑ์จะสูงถึง 400 พันล้านเยน (ประมาณ 3.5 พันล้านดอลลาร์สหรัฐ) ในอนาคต Furukawa Electric อาจส่งเสริมการใช้วัสดุนี้เพื่อทดแทนเหล็กและอลูมิเนียมและมีส่วนร่วมในด้านชิ้นส่วนของร่างกาย ในขณะที่ตระหนักถึงน้ำหนักเบาของรถ แต่ยังช่วยเพิ่มความประหยัดและการปกป้องสิ่งแวดล้อมอีกด้วย

การศึกษายังแสดงให้เห็นว่าการเพิ่ม CNF สามารถเพิ่มความทนทานของยางและลดความต้านทานการหมุนของยางได้อย่างมาก เมื่อเร็ว ๆ นี้ บริษัท American Bora Carbon Black ได้ลงนามในข้อตกลงความร่วมมือในการพัฒนากับ บริษัท เทคโนโลยีชีวภาพ American Process Corporation (API) เพื่อศึกษาเพิ่มเติมเกี่ยวกับการใช้คาร์บอนแบล็กและนาโนเซลลูโลสร่วมกันเพื่อปรับปรุงศักยภาพทางเทคนิคและเชิงพาณิชย์ของประสิทธิภาพและความยั่งยืนของยาง ในแถลงการณ์เมื่อวันที่ 2 มีนาคม 2017 Borla Carbon ระบุว่าการประเมินเบื้องต้นพบว่าการทำงานร่วมกันของผลิตภัณฑ์ของทั้งสอง บริษัท ได้แก่ คาร์บอนแบล็กยี่ห้อ "Birla Carbon" และ nanocellulose ยี่ห้อ "BioPlus" สามารถลดความต้านทานการหมุนของยางได้อย่างมาก ความเคลื่อนไหวนี้เป็นส่วนหนึ่งของกลยุทธ์การพัฒนาอย่างยั่งยืนของ Bola Carbon เพื่อปรับปรุงเทคโนโลยีวัสดุดอกยางที่มีความต้านทานการหมุนต่ำ

5) สถานะการพัฒนาของวัสดุ CNF ในประเทศ

บรรณาธิการเชื่อว่าการพัฒนา CNF ในประเทศจีน จำกัด เฉพาะการวิจัยทางวิชาการในห้องปฏิบัติการและกระบวนการของอุตสาหกรรมค่อนข้างล้าหลัง ในปี 2556 โครงการ“ การวิจัยการเตรียมนาโนเซลลูโลสด้วยวิธีการบดและการประยุกต์ใช้ในการผลิตกระดาษ” ของสถาบันวิจัยเยื่อและกระดาษแห่งประเทศจีนผ่านการตรวจสอบและอนุมัติของกระทรวงวิทยาศาสตร์และเทคโนโลยี งานหลักคือการศึกษาการเตรียมนาโนเซลลูโลสโดยการบดเชิงกลและการประยุกต์ใช้ในการผลิตกระดาษด้วยนวัตกรรมทางเทคโนโลยีนาโนเซลลูโลสที่มีขนาดนาโนเมตร (เส้นผ่านศูนย์กลางเส้นใย 5-100 นาโนเมตร) และสถานะการกระจายตัวที่ดีสามารถเตรียมได้ประหยัดมีประสิทธิภาพและเป็นมิตรต่อสิ่งแวดล้อม กระบวนการเตรียมนาโนเซลลูโลสที่เป็นมิตรการวิจัยและการตรวจสอบการผลิตกระดาษของการประยุกต์ใช้นาโนเซลลูโลสในการผลิตกระดาษและสร้างสายการสาธิตนำร่องสำหรับการเตรียมนาโนเซลลูโลส เมื่อวันที่ 8 พฤศจิกายน 2559 การประชุมประจำปี 2559 และการสัมมนาทางวิชาการของคณะกรรมการวิชาชีพนาโนเซลลูโลสและวัสดุ (NMC) ของสมาคมการผลิตกระดาษจีนจัดขึ้นที่วิทยาเขต University City ของมหาวิทยาลัยเทคโนโลยีเซาท์ไชน่า เมื่อวันที่ 20 พฤษภาคม 2017 การประชุมวิชาการนาโนเซลลูโลสนานาชาติครั้งแรกจัดขึ้นที่หางโจว บางทีนี่อาจแสดงให้เห็นว่าวงการวิชาการและอุตสาหกรรมในประเทศเริ่มตระหนักแล้วว่าเราต้องก้าวไปสู่กระบวนการพัฒนาวัสดุนาโนเซลลูโลสและตามทันยุโรปอเมริกาและญี่ปุ่น

6) ปัญหาและการพัฒนาในอนาคตของการพัฒนาวัสดุ CNF

(1) ญี่ปุ่นมีความคิดริเริ่มในการพัฒนาในขณะที่ยุโรปและสหรัฐอเมริกาโดยเฉพาะจีนค่อนข้างล้าหลัง นอกประเทศญี่ปุ่น บริษัท ในยุโรปและอเมริกาได้พยายามนำผลการวิจัยของมหาวิทยาลัยและ บริษัท อื่น ๆ ไปใช้จริงและได้เริ่มสร้างอุปกรณ์การผลิตต้นแบบอย่างต่อเนื่อง อย่างไรก็ตามในฐานะวิธีการสกัดเส้นใยเทคโนโลยีของ บริษัท ในยุโรปและอเมริกาส่วนใหญ่ใช้การบดเส้นใยไม้ด้วยเครื่องจักร ความกว้างของเส้นใยนั้นยากที่จะรักษาความสม่ำเสมอและเป็นการยากที่จะใช้คุณสมบัติของเส้นใยไม้ได้อย่างเต็มที่ บริษัท ญี่ปุ่นมีความสามารถในการย่อยสลายให้เป็นเส้นใยที่มีความกว้างสม่ำเสมอผ่าน TEMPO โดยใช้ขนาดและลักษณะพื้นที่ได้เต็มที่ ความร่วมมืออย่างใกล้ชิดของ Toyota, Denso, Nippon Paper, Tokyo University, Kyoto University และสถานประกอบการและโรงเรียนขนาดใหญ่อื่น ๆ และการส่งเสริมโครงการของรัฐบาลอย่างจริงจังจะช่วยเร่งการนำวัสดุ CNF ไปใช้ในเชิงพาณิชย์ได้อย่างไม่ต้องสงสัย

(2) ต้นทุนการจัดเตรียมวัสดุ CNF ยังคงสูง แต่มีพื้นที่สำหรับการลดราคาอีกมากในอนาคต ปัจจุบันต้นทุนการผลิตของ CNF มีตั้งแต่หลายพันหยวนถึง 10,000 เยนต่อกิโลกรัมซึ่งสูงกว่า 3,000 เยนต่อกิโลกรัมสำหรับคาร์บอนไฟเบอร์ อย่างไรก็ตามด้วยการพัฒนาเทคโนโลยีใหม่ ๆ เช่นเทคโนโลยีการกระจายตัวออกซิเดชั่นของ TEMPO และความก้าวหน้าของการวิจัยการผลิตจำนวนมากต้นทุนการผลิตจะลดลงอย่างมาก มาซาโกะคาวาซากิผู้อำนวยการสำนักงานส่งเสริมธุรกิจ CNF ของ Nippon Paper กล่าวว่า "คาดว่าภายในปี 2020 ค่าใช้จ่ายของ CNF จะลดลงได้ประมาณ 1,000 เยนและควบคุมได้ไม่เกิน 500 เยน"

(3) กระบวนการเตรียมวัสดุคอมโพสิต CNF มีความซับซ้อนและต้นทุนการผลิตสูงส่งผลให้ต้นทุนวัสดุสูง แม้ว่า CNF จะถูกเรียกว่าเป็นวัสดุที่ยอดเยี่ยม แต่ก็มีปัญหาทางเทคนิคบางประการเช่นกัน ตัวอย่างเช่นการผสมเรซินกับ CNF ต้องใช้ข้อกำหนดทางเทคนิคสูงเช่นเดียวกับการผสมน้ำกับน้ำมัน แม้ว่า Furukawa Electric จะลดต้นทุนของวัสดุผสม CNF ได้ถึงหนึ่งในสิบ แต่ก็ยังอยู่ที่ 3.5 เหรียญสหรัฐ / กก. ซึ่งเป็นอีกปัจจัยหลักที่ทำให้วัสดุมีราคาสูง การใช้โครงสร้างเครือข่ายของ CNF และคุณสมบัติการไหลพิเศษเพื่อพัฒนาเทคนิคการประมวลผลพิเศษและวัสดุโครงสร้างอาจเป็นวิธีสำคัญในการลดต้นทุนวัสดุ

(4) สำรวจตลาดใหม่ ๆ ที่วัสดุอื่น ๆ ไม่มีลักษณะของ CNF พัฒนาแอพพลิเคชั่นใหม่ ๆ และมองหาโอกาสที่สามารถดึงดูดตลาดเริ่มต้นให้มีผลกระทบมากที่สุดทำให้การผลิตจำนวนมากเริ่มต้นเป็นไปได้และปูทางไปสู่การพัฒนาแอพพลิเคชั่นที่มีมูลค่าสูงกว่าอื่น ๆ

อ้างอิง:

งานวิจัยการประยุกต์ใช้เส้นใยนาโนเซลลูโลส - การพัฒนาสารเติมแต่งฟังก์ชัน Masaki Kawasaki (Nippon Paper Co. , Ltd. ), China Pulp & Paper Industry Vol.38, No.4, Feb 2017;

นาโนเซลลูโลสและการประยุกต์ใช้ในอุตสาหกรรมกระดาษ Wu Anguo Paper and Paper Making Vol.35, No.3, Mar 2016;

การใช้ทรัพยากรยางรถยนต์อย่างครอบคลุมใน China CTRA, Issue 3, 2017;

วัสดุอื่น ๆ บางส่วนมาจากเทคโนโลยีสิ่งทอเว็บไซต์ Nikkei Chinese, China-Japan Technology Industry Information Network, unima New Material Network, China Polymer Network, Sohu Technology, NIKKEI TECHNOLOGY และเว็บไซต์อื่น ๆ

บทความนี้แก้ไขโดย DT New Materials Research Institute เนื้อหาในบทความนี้แสดงถึงมุมมองของผู้เขียนเท่านั้นและไม่ได้แสดงถึงตำแหน่งของแพลตฟอร์มนี้

—— End——

แบ่งปันฉันถ้าคุณรักฉัน!

ฮีฮีบรรณาธิการแสดงรอยยิ้มที่เป็นน้ำผึ้งในขณะนี้